DE2642429A1

DE2642429A1 - Verfahren zur abtrennung und rueckgewinnung von unreagierten materialien bei der harnstoffsynthese

Info

Publication number: DE2642429A1
Application number: DE19762642429
Authority: DE
Inventors: Shigeru Inoue; Hiroshi Ono
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1975-09-22
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1977-03-31
Also published as: NO763240L; NL7610490A; IT1070815B; FR2324622A1; PT65594A; NO150556C; SU971093A3; PT65594B; CA1059145A; BR7606033A; NO150556B; JPS5239626A; GB1501038A; FR2324622B3; US4081469A; PH13079A; JPS585190B2

Description

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Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmarn - Dr. P.. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Hoizbauer - DipL-lng. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

PA Or. Zumstein et al, BrauhausstraBe 4, SOOO München 2

8 MÜNCHEN 2,

BRÄUHAUSSTRASSE 4,

TELEFON: SAMMEL-NR. 225341 TELEGRAMME: ZUMPAT TELEX 523979

Case P-178 97/Pi

MITSUI TQATSU CHEMICAIS, INCORPORATED, Tokyo, Japan

Verfahren zur Abtrennung und Rückgewinnung von unreagierten Materialien bei der Harnstoffsynthese

Erfindungsgemäß wird Kohlendioxid mit einem stöchiometrisehen Überschuß von Ammoniak bei Harnstoffsynthese-Temperaturen und -Drücken in einer Harnstoffsynthesezone umgesetzt, wobei das Molverhältnis Ammoniak zu Kohlendioxid im Bereich von 5 : 1 bis 12 : 1 liegt. Der Harnstoffsyntheseabstrom von der Harnstoffsynthesezone wird auf einen Druck, höher als der Harnstoffsynthesedruck, gebracht und auf eine Temperatur, höher als die Harnstoffsynthese-Temperatur, in einer Abtrennzone erhitzt, worin unreagiertes Ammoniumcarbamat und überschüssiges Ammoniak, die in dem genannten Harnstoffsyntheseabstrom enthalten sind, vom Harnstoffsyntheseabstrom in Form einer gasförmigen Mi-

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ORIGINAL INSPECTED

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schling aus Ammoniak und Kohlendioxid abgetrennt werden. Diese abgetrennte gasförmige Mischung aus Ammoniak und Kohlendioxid wird in die !fernstoffsynthesezone mittels des Druckunterschieds recyclisiert.

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Harnstoff aus Kohlendioxid und Ammoniak und insbesondere ein Verfahren zur wirksamen Abtrennung und Rückgewinnung von unreagiertem überschüssigem Ammoniak und Ammoniumcarbamat aus einem Harnstoffsyntheseabstrom.

Bekanntlich enthält der Harnstoffsyntheseabstrom, der durch Umsetzung von Kohlendioxid mit einem stöchiometrischen Überschuß von Ammoniak unter erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen erhalten wird, unreagiertes Ammoniumcarbamat und einen Überschuß an Ammoniak (im folgenden einfach als "unreagierte Materialien" bezeichnet), abgesehen vom Harnstoff und Wasser. Um die Harnstoffsynthese in wirksamer Weise durchzuführen, ist es notwendig, diese unreagierten Materialien aus dem Harnstoffsyntheseabstrom abzutrennen und die so abgetrennten Materialien in die Harnstoffsynthesezone zu recyclisieren. Im allgemeinen können die unreagierten Materialien leicht durch Erwärmen des Harnstoffsyntheseabstroms zur Überführung der unreagierten Materialien in den Gaszustand abgetrennt werden. Je höher die Temperatur und je niedriger der Druck ist, desto leichter ist die Abtrennung der unreagierten Materialien aus dem Harnstoffsyntheseabstrom im Hinblick auf das G-leichgewicht durchführbar. Wenn jedoch der Abstrom auf eine zu hohe Temperatur erhitzt wird, neigt der Harnstoff zur Hydrolyse und die Menge von weiteren Verunreinigungen wie Biuret usw. nimmt zu. Demzufolge wird bei der Abtrennung der Druck des Harnstoffsyntheseabstroms im allgemeinen verringert und die Abtrennung wird bei einer niedrigen Temperatur, die dem verringerten Druck entspricht, durchgeführt.

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TJm die abgetrennten unreagierten Materialien, die überschüssiges Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser umfassen, in die Harnstoffsynthesezone zu recyclisieren, können sie einfach komprimiert bzw. verdichtet werden und in gasförmigem Zustand rezirkuliert werden oder sie können zu einer Flüssigkeit kondensiert und rezirkuliert werden. Jedoch bringt die erste Methode einige Probleme mit sich, wie ein großer Energiebedarf bei der Kompression, mechanische Schwierigkeiten bei der Kompression des heißen und korrosiven Gases usw. Andererseits weist die letztere Methode die vorstehenden Schwierigkeiten nicht auf, jedoch besitzt sie den Nachteil, daß die bei der Kondensation der abgetrennten gasförmigen Mischung der unreagierten Materialien freigesetzte Wärme nicht wirksam zurückgewonnen und verwendet werden kann, da die Kondensationstemperatur niedrig ist. Wenn darüberhinaus alle abgetrennten unreagierten Materialien kondensiert werden, trennt sich die kondensierte Flüssigkeit leicht in zwei flüssige Schichten auf, d.h. eine ammoniakreiche Schicht und eine ammoniumcarbanaireiche Schicht, was einige Schwierigkeiten bei der Recyclisierung in die Harnstoffsynthesezone mit Hilfe einer Pumpe mit sich bringt. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, ist es notwendig, daß der größte Teil des Ammoniaks von den unreagierten Materialien abgetrennt wird und in einem zusätzlichen Kondensor, bzw. Kondensator für das Ammoniak kondensiert wird.

Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur wirksamen Rückgewinnung der bei der Rückgewinnung von überschüssigem Ammoniak und unreagierten Ammoniumcarbamat aus einem Harnstoffsyntheseabstrom zur Recyclisierung in die Harnstoffsynthesezone verbrauchten Energie anzugeben.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Rückgewinnung von überschüssigem Ammoniak und unreagiertem Ammoniumcarbamat anzugeben, ohne daß irgendwelche Verunreinigungen im erzeugten Harnstoff zunehmen.

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Weiterhin ist es Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Abtrennung und Rückgewinnung von überschüssigem Ammoniak und unreagiertem Ammoniumcarbamat aus einem Harnstoffsyntheseabstrom zur Recyclisierung in die Harnstoffsynthesezcne anzugeben, bei dem der Energieverbrauch verringert ist und keine machanischen Schwierigkeiten während der Rückgewinnung und der Recyclisierung auftreten.

Weitere Ziele der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und dem besonderen Beispiel im Zusammenhang mit der beigefügten Figur hervor, die bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angeben, ohne sie jedoch in irgendeiner Weise zu beschränken.

Um die vorstehenden Ziele zu erreichen, wurde aufgrund ausgedehnter Untersuchungen überraschend gefunden, daß wenn die Harnstoffsynthese unter Bedingungen des Ammoniak. : Kohlendioxid-Molverhältnisses von über 5 : 1 betrieben wird, die Menge der Biuretverunreinigung in dem erzeugten Harnstoff, falls überhaupt, kaum zunimmt, selbst wenn der Harnstoffabstrom auf eine Temperatur erhöht wird, die etwas bzw. geringfügig höher ist, als die übliche Harnstoffsynthese-Temperatur. Im allgemeinen wurde das Erhitzen des Harnstoffsyntheseabstroms auf solch eine höhere Temperatur soweit als möglich nach dem Stand der Technik vermieden, da Harnstoff bei einem solchen Erhitzen zur Umwandlung in Biuret neigt. Weiterhin wurde gefunden, daß wenn die Harnstoffsynthese unter Verwendung eines großen Ammoniaküberschusses durchgeführt wird, der G-leichgewichtsparüaldruck des Ammoniaks scharf zunimmt, selbst bei einer geringen Erhöhung der Temperatur in der Nähe der Harnstoffsynthese-Temperatur- und Druckbedingungen. Dies kann dazu angewandt werden, um überschüssiges Ammoniak aus dem Harnstoffsyntheseabstrom durch einfaches Erhitzen der Reaktionsmischung auf eine Temperatur, die etwas höher liegt, bzw. geringfügig höher ist, als die Temperatur in der Harnstoffsynthesezone ohne Verringerung

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des Druckes in der Harnstoffsyntheseζone, d.h. unter einem Druck, der demjenigen in der Harnstoffsynthesezone gleich ist oder geringfügig höher als jener ist, abzutrennen. Die Erfindung beruht auf den vorstehenden Feststellungen, die zu einem Verfahren zur Rückgewinnung von unreagierten Materialien aus einem Harnstoffsyntheseabstrom führten.

Die einzige Figur ist ein Fließschema, das die Erzeugung eines Harnstoffsyntheseabstroms und die Behandlung von unreagiertem Ammoniumcarbamat und überschüssigem Ammoniak, die darin ent-' halten sind, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigt.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Behandlung von unreagiertem Ammoniumcarbamat und überschüssigem Ammoniak, die in einem Harnstoffsyntheseabstrom enthalten sind, geschaffen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man in einer Harnstoffsynthesezone Kohlendioxid mit einem stöchiometrischen Ammoniak-Überschuß bei Harnstoffsynthesdrücken und -temperaturen umsetzt, um den genannten Harnstoffsyntheseabstrom zu erzeugen, wobei das Molverhältsnis des Ammoniaks zum Kohlendioxid im Bereich von 5 : 1 bis 12 : 1 liegt, den genannten Harnstoffsyntheseabstrom auf einen Druck, höher als der genannte Harnstoffsynthesedruck, bringt, den genannten auf einen höheren Druck gebrachten Harnstoffsyntheseabstrom auf eine Temperatur,höher als die Harnst off synthese temperatur, in einer Abtrennzone erhitzt, um daraus Ammonium

unreagiertes/carbamat und überschüssiges Ammoniak in Form eines gemischten Gases aus Ammoniak und Kohlendioxid abzutrennen und diesesgemischte Gas von einem höheren Druck als der Harnstoffsynthesedruck in die Harnstoffsynthesezone recyclisiert. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können das meiste überschüssige Ammoniak und Teile des Kohlendioxids und Wasser bzw. und des Wassers in geeigneter Weise aus dem Harnstoffsyntheseabstrom abgetrennt werden, ohne Abstreifmittel wie Kohlendioxid, Ammoniak oder andere inerte Gase zu verwenden, einfach durch Erhitzen des Harnstoffsyntheseabstroms;der auf einen Druck

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gebracht wurde, der etwas höher ist", als derjenige der Harnst off synthese. In diesem Zusammenhang wurde gefunden, daß die Hydrolyse des Harnstoffs und die Bildung von Verunreinigungen wie Biuret usw., die bislang als unvermeidbar beim Erhitzen des Harnstoffsyntheseabstroms angesehen wurden, nur in einem vernachlässigbaren Ausmaß stattfinden, solange der Abstrom auf eine solche Temperatur erhitzt wird, wie sie zur Durchführung der Erfindung notwendig ist. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren besonders in einer Atmosphäre mit hohem Ainmoniaküberschuß durchgeführt wird, neigen die Raten der Hydrolyse und der Biuretbildung dazu, besonders verringert zu sein im Vergleich mit denjenigen bei Harnstoffsyntheseverfahren, die bekannte Rückgewinnungstechniken mit überschüssigem Ammoniak verwenden.

Bei Durchführung der Erfindung kann das überschüssige Ammoniak, das zusammen mit kleinen Mengen Kohlendioxid und Wasser unter einem Druck, der geringfügig höher ist als der Druck in der Harnstoffsynthesezonef/m aie Harnstoffsynthesezone als solcher unter Verwendung des Druckunterschiedes bzw. des Druckdifferentials rezirkuliert werden, ohne irgendwelche zusätzliche Hilfsmittel zur Recyclisierung des Ammoniaks zu verwenden. Mit anderen Worten ist die zur Recyclisierung des überschüssigen Ammoniaks notwendige Kraft nur diejenige, die notwendig ist, um die Harnstoffsyntheselösung auf einen Druck in der Abtrennzone zu bringen, worin die unreagierten Materialien vom Harnst off syntheseabs tr om abgetrennt werden. Dies führt zu einer bemerkenswerten Verringerung der Kraft-bzw. Energiekosten, verglichen mit dem Fall der Verdichtung des abgetrennten gemischten Gases zur Rezirkulierung. Im erfindungsgemäßen Verfahren werden abgetrenntes überschüssiges Ammoniak und die anderen Komponenten in die Harnst off synthe se zone in Form eines heißen gemischten Gases recyclisiert, so daß die Menge der benötigten Wärme zur Abtrennung der unreagierten Materialien in der Harnstoffsynthesezone bei einem hohen Temperaturniveau rückgewinnbar ist, so daß die benötigte Wärmeenergie für die Harnstoffsynthese in einem beträchtlichen Ausmaß verringert wird.

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Der Druck in der Abtrennzone zur Abtrennung der unreagierten Materialien aus dem Harnstoffsyntheseabstrom sollte höher sein, als der Druck in der Harnst off synthese ζ one in einem Grad·, bzw. in einem Ausmaß,das es erlaubt, die unreagierten Materialien in die Harnstoffsynthesezone aufgrund dieses Druckunterschiedes allein glatt zurückzuführen. Jegliches Pumpenhilfsmittel wie eines vom Zentrifugaltyp oder eines vom Kolbentyp kann verwendet werden, um den Harnstoffsyntheseabstrom auf den Abtrennungsdruck zu bringen, solange es durch den hohen Druck und die hohe Temperatur in der Abtrennzone nicht beeinflußt wird. Anstatt diese Pumpen zu verwenden, kann der Harnstoffsyntheseabstrom mit Hilfe einer Ejektorvorrichtung verdichtet werden unter Verwendung von verdichtetem und heißem flüssigem Ammoniak als Kraft- bzw. Energiequelle, das durch Verdichten eines Teils oder des ganzen der Harnstoffsynthese zuzuführenden Ammoniaks auf einen Druck, höher als der Druck in der Abtrennzone,und Erwärmen des so verdichteten flüssigen Ammoniaks durch indirekten Wärmeaustausch mit dem genannten heißen gemischten Gas aus unreagierten Materialien, die in der Abtrennzone abgetrennt wurden^ erhalten wird. Alles flüssige Ammoniak, das mit dem Harnstoffsyntheseabstrom vermischt wird, wird ebenfalls im wesentlichen zusammen mit dem unreagierten überschüssigen Ammoniak in der Abtrennzone abgetrennt und in die Harnstoffsynthesezone eingeführt. Die Menge der benötigten Wärme zur Abtrennung des flüssigen Ammoniaks, das mit dem Harnstoffsyntheseabstrom im Ejektor vermischt ist, von dem Harnstoffsyntheseabstrom in der Abtrennzone ist gleich der Summe der erzeugten Wärme beim Mischen mit dem Harnstoffsyntheseabstrom im Ejektor und der latenten Verdampfungswärme des Ammoniaks. Dies gibt vom Standpunkt des Wärmegleichgewichts dasselbe Ergebnis wie, wenn flüssiges Ammoniak direkt der Harnstoffsynthesezone zugeführt wird.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es wesentlich, das Verhältnis von Ammoniak zu Kohlendioxid in der Harnstoffsynthesezone in geeigneter Weise auszuwählen. Wenn das

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Ammoniak : Kohlendioxid-Molverhältnis unter 5 : 1 liegt, treten die Hydrolyse des Harnstoffs und die Bildung von Biuret unvorteilhaft erweise in einem beträchtlichen Aue maß ein, wenn die Harnstoff syntheselösurg in der A*>+rennzoiie zur Abtrennung von unreagierten Materialien aus der lösung erhitzt wird. Im Gegensatz hierzu ist ein zu großer Ammoniaküberschuß ebenfalls unvorteilhaft, da die Menge des zurückzugewinnenden und recyclisierenden Ammoniaks entsprechend zunimmt, so daß eine erhöhte Wärme- und Energiemenge für die Rückgewinnung und Recyclisierungsoperationen notwendig sind. Demzufolge ist es bevorzugt, daß das Ammoniak ι Kohlendioxid-Molverhält-is in der Harnstoffsynthesezone 5 : 1 bis 12 : 1 beträgt. Die Menge an Harnstoff und Ammoniumcarbamat in der Harnstoff synthesezone werden ebenfalls zur Berechnung des genannten Molverhältnisses in Betracht gezogen, durch Zurückführen bzw. Verwandeln von 1 Mol Harnstoff oder Ammoniumcarbamat zu 2 Mol Ammoniak und 1 Mol Kohlendioxid.

Wie vostehend beschrieben, ist der Druck in der Abtrennzone ausreichend, wenn er höher ist, als derjenige der HarnstoffsynthcsGZcne, gc daß die in der AbtrennzGnc abgetrennten uüx-etigieA-— ten Materialien in Form von Gasen in die Harnstoffsynthesezone recyclisiert werden unter Verwendung nur des Druckunterschiedes zwischen der Abtrennzone und der Harnstoffsynthesezone. Der Abtrenndruck ist vorzugsweise 0,1 bis 5 kg/cm höher als der Druck in der Harnstoffsynthesezone. Gleichzeitig sollte die Abtrennzone in einem solchen Temperaturbereich betrieben werden, bei dem die Abtrennung des meisten bzw. des größten Teils des überschüssigen Ammoniaks unter dem vorstehend definierten Druck zufriedenstellend erzielt wird und die Hydrolyse von Harnstoff und die Bildung von Biuret noch vernachlässigbar sind. Die Abtrennzone wird vorzugsweise bei Temperaturen von 5 bis 35⁰C höher als die Temperatur der Harnstoffsynthesezone betrieben. Das heißt, vorzugsweise wird eine Temperatur "~on 185 bis 235°C verwendet.

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Das in der Abtrennzone nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgetrennte gasförmige Ammoniak enthält 0,5 bis 10 Molprozent Kohlendioxid und 1 bis 20 Molprozent Wasserdampf. Wenn ein Rektifikationsseparator vom Turmtyp für die Abtrennung verwendet wird, kann der Wassergehalt auf 0,5 bis 10 Molprozent verringert werden.

Die zur Abtrennung und Rückgewinnung des überschüssigen Ammoniaks verwendete Wärme kann nach jedem bekannten Verfahren zurückgewonnen werden, das die Rückgewinnung von im wesentlichen der ganzen überschüssigen bzw. zusätzlichen Wärme, die in der Synthesezone existiert, in Form von heißem Wasser oder Dampf gewährleistet. Beispielsweise werden im allgemeinen verwendet ein Verfahren, bei dem das abgetrennte und zurückgewonnene Gas, das Ammoniak und Kohlendioxid enthält,durch einen Wärmeaustauscher geleitet wird, ehe es in die Harnstoffsynthesezone recyclisiert wird; ein Verfahren, das einen Wärmeaustauscher verwendet, mit dem die Harnstoffsynthesezone versehen ist, wodurch die Harnstoffsynthesezone gekühlt wird und gleichzeitig die Wärme in Form von Dampf zurückgewonnen wird, und andere ähnliche Verfahren. Alternativ kann das in der Abtrennzone abgetrennte Ammoniak und Kohlendioxid enthaltende heiße Gas durch einen Wärmeaustauscher geleitet werden, der sich in einer Stufe befindet, die des Erhitzens bedarf, wie die Stufe der Konzentrierung einer wäßrigen Harnstofflösung, wodurch die Wärme des heißen Gases zurückgewonnen wird. Wenn das vom Harnstoffsyntheseabstrom abgetrennte gemischte Gas aus unreagierten Materialien durch indirekten Wärmeaustausch vor dem Recyclisieren in die Harnstoffsynthesezone gekühlt wird, wird ein Teil des gemischten Gases kondensiert und das Kondensat wird zusammen mit dem gemischten Gas in die Harnstoffsynthesezone recyclisiert.

Beim Harnstoffsyntheseverfahren ist es unumgänglich, daß hochkorrosives und heißes Ammoniumcarbamat behandelt wird. Es wurden viele Untersuchungen hinsichtlich der Entwicklung von Materialien für die Geräte bzw. die Anlagen und der Entwicklung

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von korrosionsverhindernden Techniken durchgeführt. Die Verhinderung dieser Korrosion ist ein noch zu lösendes Problem. Die Harnstoffsynthese involviert erhöhte Kosten für die Anlageninvestition, um die Korrosion oder eine Verringerung der Betriebsrate aufgrund verschiedener Korrosionsprobleme zu verhindern. Jedoch besitzt das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil gegenüber bekannten Verfahren, daß die Synthese von Harnstoff und die Abtrennung der unreagierten Materialien in einer Atmosphäre von hohem Ammoniaküberschuß durchgeführt werden, so daß die Korrosion der Anlagen um ein bestimmtes Ausmaß verringert wird, wodurch es ermöglicht wird, billigere Materialien für die Anlagen zu verwenden, als sie bei üblichen Verfahren verwendet werden.

Die Erfindung wird näher aufgrund der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die veranschaulichende und in keiner Weise einschränkende Figur erläutert.

In der Figur werden Ausgangsammoniak und -kohlendioxid in eine Wärmerückgewinnungszone 14 über die leitungen 10 bzw. 12 eingeführt. Die Wärmerückgewinnungszone 14 wird unter einem Druck von 0,1 kg/cm oder darüber über demjenigen der Harnstoffsynthesezone 18 und bei einer HarnstoffSynthesetemperatur betrieben. In der Wärmerückgewinnungssone 14 werden das Ausgangsammoniak und -kohlendioxid miteinander unter Bildung von Ammoniumearbamat umgesetzt, währenddessen Bildungswärme erzeugt wird und ein Teil dieser Wärme zum Betrieb der Harnstoffsynthesezone 18 verwendet wird, während der andere Teil in Form von Dampf zurückgewonnen wird. Die Wärmerückgewinnungszone 14 ist über leitung 16 mit der Harnstoffsynthesezone 18 verbunden, die bei einer Temperatur von 180 bis 210⁰C unter einem Druck von 150 bis 260 kg/cm betrieben wird. Der Harnstoffsyntheseabstrom von der Harnstoffsynthese/T8 wird von ihrem Auslaß über Leitung 20 zur Pumpe 22 geführt, wo sein Druck um 0,2 kg/cm oder darüber erhöht wird. Die so unter einen höheren Druck gesetzte Lösung wird dem Hoch-

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druckseparator 26 über leitung 24 zugeführt. Der Hochdruckseparator 26 wird bei einem Druck von 0,1 kg/em oder darüber über denjenigen der Wärmerückgewinnungszone 14 betrieben und wird mit einer heißen Flüssigkeit, die von Leitung 28 eingebracht wird, und von leitung 30 abgenommen wird, erhitzt. Die unreagierten Materialien werden im Hochdruckseparator 26 vom Harnstoffsyntheseabstrom in Form eines gemischten Gases aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasserdampf abgetrennt und der Wärmerückgewinnungszone 14 über Leitung 32 zugeführt. Gleichzeitig wird der Harnstoffsyntheseabstrom,von dem die unreagierten Materialien abgetrennt wurden, über Leitung 34 einem anschliessenden, bei einem mäßigen Druck betriebenen Separator 36 und einem Mederdruckseparator 42 zugeführt, um kleine Mengen verbliebener unreagierter Materialien daraus zu entfernen und wird schließlich von Leitung 46 in Form einer wäßrigen Harnstofflösung, die falls überhaupt nur Spuren von unreagierten Materialien enthält, abgezogen. Das heißt im bei einem mäßigen Druck betriebenen Separator 36, der bei einer Temperatur von 140 bis 170⁰C und unter einem Überdruck von 14 bis 18 kg/cm betrieben wird, werden 90 # der unreagierten Materialien aus dem Harnstoffsyntheseabstrom abgetrennt und von Leitung 38 in Form

Ammoniak

eines gemischten Gases aus Kohl end ioxid,/und Wasserdampf abgelassen. Der Harnstoffsyntheseabstrom, von dem die unreagierten Materialien so abgetrennt wurden, wird dann über Leitung 40 dem Niederdruckseparator 42 zugeführt, in dem anschließend alle unreagierten Materialien aus dem Harnstoffsyntheseabstrom abgetrennt werden. Die gebildete wäßrige Harnstofflösung wird über Leitung 46 abgezogen. Der Niederdruckseparator 42 wird bei einer Temperatur von 110 bis 145⁰C und unter einem Über-

druck von 0,05 bis 3,5 kg/cm betrieben, wobei das gemischte Gas aus Kohlendioxid, Ammoniak und Wasserdampf wie vorstehend beschrieben abgetrennt wird. Das in dem Niederdruckseparator abgetrennte gemischte Gas wird dann über Leitung 44 dem Niederdruckkondensator 48 zugeführt, worin das Gas auf 30 bis 60 C abgekühlt wird, um es zur Bildung einer wäßrigen Ammoniumcarb-

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amat enthaltenden Lösung zu kondensieren. Diese wäßrige Lösung wird verdichtet, bzw. komprimiert, bzw. unter Druck gesetzt und dem bei einem mäßigen bzw. mittleren Druck betriebenen Kondensator 52 unter Verwendung der Pumpe 50 zugeführt. In dem bei mittlerem Druck betriebenen Kondensator 52 wird das von Leitung 38 beschickte gemischte Gas, bestehend aus Kohlendioxid, Ammoniak und Wasserdampf,in der wäßrigen Lösung bei einer Temperatur von 50 bis 120⁰C absorbiert. Die gebildete Lösung wird dann in die Wärmerückgewinnungszone 14 über Leitung 56 mit Hilfe der Pumpe 54 zurückgeführt.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung ohne sie in irgendeiner Weise einzuschränken.

Beispiel

Ammoniak und Kohlendioxid wurden der Wärmerückgewxnnungsζone 14 über Leitungen 10 und 12 bei Beschickungsraten von 56,8 t/Tag bzw. 74,0 t/Tag zugeführt und ferner über Leitung 16 der Harnstoffsynthesezone 18 zusammen mit unreagierten Materialien aus den Leitungen 32 und 56 zugeführt. Die Harnstoffsynthesezone 18 wurde bei 185⁰C und unter einem Druck von 180 kg/cm betrieben. Der Harnstoffsyntheseabstrom aus der Harnstoffsynthesezone 18 besaß eine Zusammensetzung, angegeben als Gewichtsteile von 102,1 Teilen Harnstoff, 43,4 Teilen Ammoniumcarbamat,11 7,1 Teilen Ammoniak, 47,1 Teilen Wasser und 0,4 Teilen Biuret. Der Harn-

über
stoffsyntheseabstrom wurde/Leitung 20 der Pumpe 22 zugeführt, wo sein Druck auf 183 kg/cm erhöht wurde. Anschließend wurde der Abstrom dem Hochdruckseparator 26 über Leitung 24 zugeführt.

Der Hochdruckseparator 26 wurde bei einer Temperatur von 195⁰C unter einem Druck von 183 kg/cm betrieben, worin 107,2 t/Tag Ammoniak, 6,7 t/Tag Kohlendioxid und 5,5 t/Tag Wasser vom Harnst off syntheseabstrom abgetrennt wurden und in die Wärmerückgewinnungszone 14 über Leitung 32 recyclisiert wurden. Die Tempe-

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ratur des Separators 26 wurde mit Dampf von 20 kg/cm aufrechterhalten. Der Harnstoffsyntheseabstrom vom Boden des Hochdruckseparators 26 besaß eine Zusammensetzung, angegeben als Gewichtsteile von 100_s4 Teilen Harnstoff, 33,5 Teilen Ammoniumcarbamat, 14»9 Teilen Ammoniak, 41,2 Teilen Wasser und 0,6 Teilen Biuret. Dieser Harnstoffsvntheseabstrom wurde in den Mittel-

aer . 2

druckseparat or 36 eingebracht ,/unter einem Druck von 18 kg/cm

und einer Temperatur von 170⁰C betrieben wurde, um den größten Teil der verbliebenen unreagierten Materialien daraus zu entfernen, voracii er dem Niederdrucks eparat or 42 zugeführt wurde, der unter einem Druck von 0,5 kg/cm und einer Temperatur von 140 C betrieben wurde, um im wesentlichen alle verbliebenen unreagierten Materialien abzutrennen. Die gebildete wäßrige 76 prozentige Harnstofflösung wurde von Leitung 46 abgezogen. Gleichzeitig wurden die abgetrennten unreagierten Materialien im iiiederdruckkondensator 48 und ferner im Mitteldruckkondensator 52 kondensiert und über Leitung 56 der Wärmerückgewinnungszone in Form einer wäßrigen Lösung zurückgeführt, die folgende Zusammensetzung als Gewichtsteile angegeben, aufwies: 33,7 Teile Ammoniumcarbamat, 15,4 Teile Ammoniak und 10,8 Teile Wasser.

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At

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Behandlung von unreagiertem Ammoniumcarbat und überschüssigem Ammoniak, die in einem Harnstoffsyntheseabstrom enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß man in einer Harnstoffsynthesezone Kohlendioxid mit einem stöchiometrischen Ammoniaküberschuß bei Harnstoffsynthesedrücken und -temperaturen umsetzt, um den genannten Harnstoffsyntheseabstrom zu bilden, wobei das Molverhältnis von Ammoniak zu Kohlendioxid im Bereich von 5 : 1 bis 12:1 liegt, den Harnstoffsyntheseabstrom auf einen Druck,der höher ist als der Harnstoffsynthesedruck, bringt, bzw. verdichtet, den auf einen höheren Druck gebrachten, bzw. verdichteten Harnstoffsyntheseabstrom auf eine Temperatur höher als die Harnstoffsynthesetemperatur in einer Abtrennzone erhitzt, um daraus das unreagierte Ammoniumcarbamat und das überschüssige. Ammoniak in Form eines gemischten Gases aus Ammoniak und Kohlendioxid zu entfernen, und das gemischte Gas, das einen Druck aufweist, der höher ist als derjenige des Harnstoffsynthesedruckes, in die Harnstoffsynthesezone recyclisiert.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennzone unter einem Druck betrieben wird,der um etwa 0,1 bis 5
theseζone

0,1 bis 5 kg/cm höher ist, als der Druck in der Harnstoffsyn-
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennzone unter einer Temperatur betrieben wird, die um etwa 5 bis 35⁰C höher liegt als die Temperatur in der Harn-

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stoffsynthesezone.
4-. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gemischte Gas vom Harnstoffsyntheseabstrom durch Rektifikation in der Abtrennzone abgetrennt wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Harnstoffsyntheseabstrom aus der Harnstoffsynthesezone mit Hilfe einer Kolbenpumpe verdichtet wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Harnstoffsyntheseabstrom aus der Harnstoffsynthesezone mit Hilfe einer Zentrifugalpumpe verdichtet wird.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Harnstoffsyntheseabstrom aus der Harnstoffsynthesezone mit Hilfe eines Ejektors verdichtet wird, der durch flüssigen Ammoniak betrieben wird, der auf einen höheren Druck als derjenige der Abtrennzone gebracht, bzw. verdichtet und dann erhitzt wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

das zum Betrieb des Ejektors verwendete und mit dem Harn3toff-

im wesentlichen
syntheseabstrom im Ejektor vermischte Ammoniak/zusammen mit dem unreagierten Ammoniumcarbamat und dem überschüssigen Ammoniak
aus dem Harnstoffsyntheseabstrom abgetrennt wird und in die
Harnstoffsynthesezone recyclisiert wird.
9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des gemischten Gases aus Ammoniak und Kohlendioxid durch indirekte Kühlung mit einem Kühlmittel kondensiert wird und das gebildete Kondensat in die Harnstoffsynthesezone recyclisiert wird.

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10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat zusammen mit dem unkondensierten Teil des gemischten Gases recyclisiert wird.
11. "Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel eine zu konzentrierende wäßrige Harnstofflösung ist.
12. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel das verdichtete flüssige Ammoniak ist, das durch den Ejektor gespeist werden soll, um den Harnstoffsyntheseabstrom aus der Harnstoffsyntheseζone zu verdichten.

13· Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zurückgewonnene gemischte Gas aus Ammoniak und Kohlendioxid und Ergänzungskohlendioxid und flüssiges -Ammoniak in einer Wärmerückgewinnungs ζ one umgesetzt werden, um Ammoniumcarbainat zu bilden, während überschüssige Reaktionswärme durch indirekten Wärmeaustausch mit Wasser zu Erzeugung von Dampf entfernt wird und das gebildete Ammoniumcarbamat in die Harnstoffsynthesezone geführt wird.

14· Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Harnstoffsyntheseabstrom, aus dem überschüssiges Ammoniak und unreagiertes Ammoniumcarbamat abgetrennt wurden, einer Mitteldruckabtrennstufe und schließlich einer Niederdruckabtrennstufe unterworfen wird, wodurch in jeder Stufe noch verbleibendes unreagiertes Ammoniumcarbamat aus dem Harnstoffsyntheseabstrom in Form eines gemischten Gases aus Ammoniak und Kohlendioxid abgetrennt wird, wobei die gemischten Gase aus mindestens der Mitteldruckabtrennstufe in einem Absorptionsmittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Wasser, wäßrigem Ammoniak, wäßrigem Harnstoff, wäßrigem Ammoniumcarbamat und einer wäßrigen lösung, die Harnstoff und Ammoniumcarbamat enthält, unter Bildung einer Ammoniumcarbamat enthaltenden Lösung absorbiert werden,und die gebildete zurückgewonnene wäßrige Am-

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moniumcarbamatlösung in die Harnstdffsynthesezone recyclisiert wird.

15· Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zurückgewonnene gemischte Gas aus Ammoniak und Kohlendioxid, Ergänzungskohlendioxid und zurückgewonnene wäßrige Ammoniumcarbamatlösung in einer Wärmerückgewinnungszone zur Bildung von Ammoniumcarbamat umgesetzt werden, während überschüssige Reaktionswärme durch indirekten Wärmeaustausch mit Wasser zur Bildung von Dampf entfernt ird und das gebildete Ammoniumcarbamat in die Harnstoffsynthesezone zugeführt wird.

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